中煤職業技術學院-TW-SNY52B分布式光伏工程實訓系統
一、設備概述
該實訓系統能夠使學生掌握風光互補的發電原理、發電裝置安裝、系統設計、系統聯調、能源信息與互聯、故障排除、情景分析以及職業素養等方面的團隊協作能力。在緊貼新能源產業發展與需求的同時，培養新能源產業發展技術型人才需求，推動各高職院校開展專業建設，展示相關教學改革和實踐成果。
風光互補發電實訓系統主要由光伏模擬裝置、光伏充放電系統、風力模擬裝置、風力充放電系統、逆變與負載系統、監控系統組成。
二、系統組成
風光互補發電實訓系統主要由光伏模擬裝置、光伏充放電系統、風力模擬裝置、風力充放電系統、逆變與負載系統、監控系統組成。風光互補發電實訓系統采用獨立網孔面板結構、模塊化結構設計，各裝置和系統既可以獨立運行，也可以組成光伏發電實訓系統、風力發電實訓系統或風光互補發電實訓系統。
2.1光伏模擬裝置的組成
光伏模擬與跟蹤裝置主要由光伏電池組件、投射燈、光線傳感器、光線傳感器控制盒、水平方向和俯仰方向運動機構、擺桿、擺桿減速箱、擺桿支架、單相交流電動機、電容器、直流電動機、接近開關、微動開關、底座支架等設備與器件組成，如圖1-1所示
圖1-1
2.2光伏供電系統
光伏供電系統主要由輔助電源控制單元、光伏輸出顯示單元、光伏跟蹤控制單元、光伏匯流單元、控制器模塊、接口單元、西門子PLC、繼電器組、接線端子、蓄電池組、功率可調電阻、斷路器、5V輔助開關電源、網孔面板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-2所示。
圖1-2
2.3風力模擬裝置的組成
風力供電裝置主要由葉片、輪轂、發電機、機艙、尾舵、側風偏航機械傳動機構、直流電動機、塔架和基礎、測速儀、測速儀支架、軸流風機、軸流風機支架、軸流風機框罩、單相交流電動機、電容器、風場運動機構箱、護欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動開關和接近開關等設備與器件組成，如圖1-3所示。
圖1-3
2.4風力供電系統
風力供電系統主要由輔助電源控制單元、風機輸出顯示單元、組態觸摸屏、風力模擬控制單元、接口單元、西門子PLC、變頻器、繼電器組、接線端子、功率可調電阻、斷路器、網孔面板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-4所示。
圖1-4
2.5逆變與負載系統
逆變與負載系統主要由控制器輸出單元、逆變輸出顯示單元、逆變器、變頻器、三相交流電機、12V直流風扇、12V LED燈、警示燈、接線排、三孔插座、斷路器、網孔面板、線槽、鋁型材等組成。如圖1-5所示。
圖1-5
2.6監控系統組成
監控系統主要由計算機、監控軟件組成，如圖1-6所示。監控軟件是基于C#編程軟件開發，通過計算機串口進行遠程通訊，實時監測風光互補發用電信息及環境信息并可進行曲線觀測，光伏跟蹤可通過監控軟件與PLC進行通訊，實現遠程跟蹤控制。監控系統定時將數據存儲到SQLite嵌入式數據庫中，方便對歷史數據的記錄、查詢和報表生成及打印。
監控軟件登陸界面如圖1-6所示，第一次登陸請點擊“注冊”按鈕，在注冊用戶界面里填入默認密碼并注冊新用戶。在登陸界面填寫用戶名和密碼后，點擊“登陸”按鈕即可進入監控界面。
系統登陸后進入監控軟件主界面，如圖1-7所示。在主界面里有系統監測的信息和曲線觀測窗口。
系統登陸后需要先設置通訊端口，點擊菜單欄“端口管理”->“串口設置”，打開通訊端口設置對話窗，如圖1-8所示，其中“儀表端口”是與組態觸摸屏連結的串口，“PLC端口”是與光伏跟蹤控制的PLC端口0進行連結的端口。正確設置后點擊“確定”即可。
在主界面中點擊菜單欄“端口管理”->“打開串口”，正常連結后通訊狀態顯示為“正常通訊”。
2.7遠程跟蹤控制
在主界面菜單欄點擊“跟蹤控制”按鈕，進入遠程光伏跟蹤控制界面，如圖1-9所示。
歷史報表查詢
在主界面菜單欄點擊“歷史數據”->“查詢”按鈕，進入歷史報表數據查詢窗口，如圖1-10所示。選擇查詢的起始時間和結束時間，即可查詢該區間的歷史數據，還可將歷史數據存儲為EXCEL報表形式，方便保存和打印。
三、主要實驗實訓內容
（1）光伏模擬裝置實訓
1）光電池方陣的安裝
2）光伏供電裝置組裝
（2）光伏供電系統實訓
1）光伏供電系統接線
2）光線傳感器原量
3）光伏電池組件光源跟蹤控制程序設計
4）光伏電池的輸出特性
5）蓄電池的充電特性和放電保護
6）光伏供電系統的操作和使用注意事項
（3）風力模擬裝置實訓
1）水平軸永磁同步風力發電機組裝
2）模擬風場裝置組裝
3）側風偏航裝置的組裝
（4）風力供電系統實訓
1）風力供電系統接線
2）模擬風場控制程序設計
3）風力發電機側風偏航控制程序設計
4）風力發電機輸出特性測試
5）風力供電系統的操作和使用注意事項
（5）逆變與負載系統實訓
1）逆變器的負載安裝與調試
2）逆變器的原理與測試
四、技術參數
1)太陽能電池組件：單晶組件，最大輸出功率20W，數量4塊；
2)模擬光源：2盞300W鹵鎢燈，由蝸桿減速機擺動，模擬太陽升起至日落運動；
3)模擬光源拖動電機：交流電機；模擬光源拖動減速機：減速機，減速比3000:1；
4)光伏跟蹤傳感器：采用四象限高精度光敏傳感器結構，6路模擬量信號輸出,跟蹤探頭采用無色透明外殼，方便學生觀察；
5)太陽能跟蹤系統：采用雙軸二維跟蹤方式，水平270±5°，俯仰75±5°，精度±0.5°；
6)跟蹤控制單元：手動/自動模擬光源運動與光伏跟蹤控制采用PLC主控模塊；
7)光照及溫濕度傳感器模塊：光照度0-20K(LUX)，溫度-40-80℃，濕度0-99.9%RH；
8)風力發電機：水平軸永磁同步風力發電機；輸出電壓12V、葉片數量3片；
9)尾舵偏航系統：采用尾舵迎風與側風偏航控制，偏航角度0°-90°；采用DC24V直流同步電機驅動；
10)模擬風源：采用變頻軸流通風機，電壓220V、功率0.37KW、轉速1400rpm；采用變頻器驅動；
11)模擬風場：模擬風源在電機的拖動下繞風力發電機做圓弧運動，運動角度60±5°,風力發電機四周采用隔離網布置，確保學生實訓安全；
12)模擬風場拖動電機：額定輸出功率100W、額定轉速1400rpm、減速比140：1；
13)風速傳感器：測量模擬風源風速，脈沖輸出，電源DC5V，輸出1.5脈沖m/s；
14)光伏匯流單元：2路光伏輸入1路光伏輸出；具有防反、防雷保護等；
15)模擬風場控制單元：手動/自動風場運動與尾舵偏航控制采用PLC主控模塊；
16)儀表單元：直流電壓表DC0-50V；直流電流表DC0-5A；交流電壓表AC0-300V；交流電流表AC0-2A ；
17)蓄電池：鉛酸電池12V/12AH*2；
18)太陽能控制器：DC12V、DC5A、PWM方式充電；電路模塊化開放設計，方便充電波形與電路測試；有充放電、電池狀態指示、溫度補償；蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、限流、過充、過放、負載過載、短路等保護；
19)風機控制器：電壓DC12V(整流)、額定電流5A、PWM(脈沖寬度調制)方式充電；電路模塊化開放設計，方便充電波形與相關電路電氣測試；具有風速檢測、偏航控制信號或剎車信號輸出功能；有充放電指示等功能；具有蓄電池反接、防雷、風機限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能；
20)離網逆變器：輸入DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、50VA、純正弦波；工頻變壓器隔離；電路模塊化開放設計，可進行SPWM逆變驅動波形、逆變輸出電壓波形與電路電氣測試；可時行死區按鍵設置；具有軟啟動、過欠壓關斷、短路、過載等保護功能；
21)功率電阻模塊：0-2000歐可調,功率100W；直流阻性、直流感性負載；交流阻性、交流感性負載；
22)觸摸屏：采用一體化觸摸屏；實時監測系統發電、用電與環境參數等信息；具有歷史曲線顯示；
23)工控機：采用觸摸屏工控一體機；
24)監控軟件：實時監測并存儲系統發電、用電與環境參數等信息，實時對模擬光源、光伏跟蹤等進行控制；具有曲線顯示等功能；
五、配置清單
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序號 |
名稱 |
技術參數 |
數量 |
|
1 |
光伏供電裝置臺架 |
長×寬×高:1800mm×1700mm×1600mm（運行安全占地尺寸） |
1臺 |
|
2 |
電池組件 |
額定功率：20W 誤差：±5% 額定電壓：17.6V 額定電流：1.14A 開路電壓：21.7V 短路電流：1.26A 工作環境溫度：45℃±2℃ 尺寸：450*430*25mm |
4個 |
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3 |
追日傳感器 |
采用四象限高精度光敏傳感器結構， 6路模擬量信號輸出, 跟蹤探頭采用無色透明外殼， |
1套 |
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4 |
光照度傳感器 |
工作電源：DC 3.3V-5V； 工作電流：＜5ma； 光照度范圍：0-200000Lux； 分辨率：0.01 Lux； 精度：±5%； 工作環境：溫度-40°c-60°c 支持Modbus-RTU協議 |
1套 |
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5 |
投射燈 |
電壓：220V 頻率：50Hz 電流：1.36A 最大功率：300W |
2個 |
|
6 |
追日機構 |
結構：渦輪蝸桿結構（減速箱） 驅動：直流電機 軸數：雙軸二維 減速電機：DC24V rpm:10 減速比：80:1 |
1套 |
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7 |
單相交流鍵槽感應電動機 |
輸入電壓：AC220V 輸出功率：90W 額定轉速：1350r/min |
1個 |
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8 |
匯流箱 |
參考尺寸：205*170*90mm； 輸入電池組數：2路； 輸出組數：1路； |
1套 |
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9 |
接近開關 |
介質耐壓：1000VAC 振動：10-55Hz 防護等級：IP40 使用溫度、濕度：-25℃- +80℃；＜80% |
2個 |
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二、風力供電裝置 |
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序號 |
名稱 |
技術參數 |
數量 |
|
1 |
風力供電裝置臺架 |
長×寬×高：2000mm×1700mm×1500mm（運行安全占地尺寸） |
1臺 |
|
2 |
水平軸永磁同步風力發電機 |
輸出功率：300W 輸出（整流）電壓：＞ +12V 葉片旋轉直徑：1m 葉片數量：3個 葉片材質：玻璃纖維 啟動風速：1m/s 切入風速：1.5m/s 安全風速：25 m/s 偏航：程序控制自動偏航 偏航電機：工作電壓（DC 24V）、轉速（15rpm） |
1個 |
|
3 |
風速儀 |
輸出電壓：0~5V 風碗數：3個 |
1個 |
|
4 |
軸流通風機 |
電壓：380V（由變頻器控制） 額定頻率：50Hz 額定功率：0.37Kw 額定電流：1.92/1.11A 防護等級：IP55 轉速：1400r/min 軸流風機支架 軸流風機框罩 |
1個 |
|
5 |
風向控制電機 |
減速比：140：1 電壓：AC220V 額定電流：0.8A 額定頻率：50Hz 防護等級：IP20 和運動機構的鏈接機構：鏈輪 |
1套 |
|
6 |
接近開關 |
工作電源：DC 3線式6-36VDC 檢測距離：30mm 輸出類型：PNP 控制輸出：常開 防護等級：IP65 工作溫度：-20℃- +70℃ |
1個 |
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三、光伏供電系統 |
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序號 |
名稱 |
技術參數 |
數量 |
|
1 |
光伏供電系統臺架 |
長×寬×高:945mm×610mm×1900mm |
1臺 |
|
2 |
光伏電源控制單元 |
含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態指示燈、AC220V電源插座，接線端子排 |
1套 |
|
3 |
光伏輸出顯示單元 |
含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、直流電流表、直流電壓表、接線端子排等 1)精度等級：0.5級 2)顯示方式：LED 3)相數：單相 4)輸入方式：直流信號輸入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU協議） 6）準確度：電壓電流0.5%； 7）接線方式：單相 8）電壓：DC 0~30V； 9) 電流：DC 0~5A； 10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA |
1套 |
|
4 |
光伏供電控制單元 |
電池板跟蹤方向：東、南、西、北 投光燈控制：燈1、燈2 投光燈運動方向：東西、西東、停止 自動控制：啟動、急停 |
1套 |
|
5 |
充、放電控制器 |
含核心板，接口底板，充電板 額定電壓DC12V、額定電流DC5A、PWM脈沖寬度調制）方式充電；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統RTOS開發，電路模塊化開放設計，方便進行充電波形與電路電氣測試；具有充放電指示、電池狀態指示、溫度補償等功能；具有蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能。 |
1套 |
|
6 |
可調電阻 |
可調范圍：0~2000歐姆，連續可調 額定功率：100W 允許偏差：±5% 外型：圓盤 |
1個 |
|
7 |
繼電器組 |
線圈額定電壓：DC24V； 常開觸點：2路； 常閉觸點：2路； 帶有繼電器底座； |
11個 |
|
8 |
鉛酸蓄電池 |
容量：12V/12Ah 單個重量：4kg 尺寸：150mm*100mm*100mm |
2節 |
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四、風力供電系統 |
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序號 |
名稱 |
技術參數 |
數量 |
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1 |
風力供電系統臺架 |
長×寬×高:945mm×610mm×1900mm |
1臺 |
|
2 |
風力電源控制單元 |
含漏電保護斷路器，AC220V和DC24V狀態指示燈、電源插座 |
1套 |
|
3 |
風力輸出顯示單元 |
含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、直流電流表、直流電壓表、接線端子排等 1)精度等級：0.5級 2)顯示方式：LED 3)相數：單相 4)輸入方式：直流信號輸入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU協議） 6）準確度：電壓電流0.5%； 7）接線方式：單相 8）電壓：DC 0~30V； 9) 電流：DC 0~5A； 10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA |
1套 |
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4 |
風力供電控制單元 |
風場運動方向：順時、逆時 偏航控制：偏航、恢復 自動控制：啟動、急停 |
1套 |
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5 |
觸摸屏 |
7",彩色； 通訊接口：RS485； 以太網； |
1個 |
|
6 |
充、放電控制器 |
含核心板，接口底板，充電板 額定電壓DC12V、額定電流DC5A、PWM脈沖寬度調制）方式充電；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統RTOS開發，電路模塊化開放設計，方便進行充電波形與電路電氣測試；具有充放電指示、電池狀態指示、溫度補償等功能；具有蓄電池反接、夜間防反沖、防雷、光伏限流、過充、過放、負載過載、短路等保護功能。 |
1套 |
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7 |
變頻器 |
工作電源：AC 220V； 額定功率：0.37kw； 控制方式：電壓/頻率控制方式； 柔性PWM控制、 線性V/f控制、 磁通電流控制方式：FCC； 有模擬量輸入、模擬量輸出; 有數字量輸入、數字量輸出； 保護與報警功能； 環境溫度：-10℃- +50℃（不結冰） |
1個 |
|
8 |
可調電阻 |
可調范圍：0~2000歐姆，連續可調 額定功率：100W 允許偏差：±5% 外型：圓盤 |
1個 |
|
9 |
繼電器組 |
線圈額定電壓：DC24V； 常開觸點：2路； 常閉觸點：2路； 帶有繼電器底座； |
4個 |
|
五、逆變與負載系統 |
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序號 |
名稱 |
技術參數 |
數量 |
|
1 |
逆變與負載系統臺架 |
長×寬×高:945mm×610mm×1900mm |
1臺 |
|
2 |
逆變輸出顯示單元 |
含顯示單元面板、顯示單元盒體、控制盒側邊型材、交流電流表、交流電壓表、接線端子排等 精度等級：0.5級 顯示方式：LED 相數：單相 輸入方式：交流信號輸入 通信接口：RS485（Modbus RTU協議） 1)精度等級：0.5級 2)顯示方式：LED 3)相數：單相 4)輸入方式：交流信號輸入 5)通信接口：RS485（Modbus RTU協議） 6）準確度：電壓電流0.5%； 7）電壓： AC0-300V； 9) 電流：AC0-3A； 10）電源工作范圍：AC、DC 80-270V；頻率50/60Hz；功率≤5VA |
1套 |
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3 |
報警燈 |
工作電壓：AC220V 功率：15W 顏色：紅色 工作方式：閃亮 安裝方式：螺桿安裝 防護等級：IP55防塵、防水 |
1個 |
|
4 |
逆變控制器 |
包含接口底板、核心板、升壓板、逆變板 輸入電壓DC12V；輸出AC220V±10%、50HZ、50VA、輸出純正弦波；輸出采用工頻隔離；微控制器采用ARM內核32位高性能大容量芯片；軟件基于C語言嵌入式實時操作系統RTOS開發，電路模塊化開放設計，方便進行SPWM逆變驅動波形、逆變輸出電壓波形與相關電路電氣測試；可時行死區按鍵設置；具有軟啟動、過欠壓關斷、短路、過載等保護功能。 |
1套 |
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六、監控系統 |
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序號 |
名稱 |
技術參數 |
數量 |
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1 |
組態軟件 |
MCGS昆侖組態 |
1個 |
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八、新能源光伏系統設計軟件 |
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1 |
新能源光伏系統設計軟件 |
軟件主要功能：光伏電站和光伏發電應用系統的的輔助設計 1.1多樣化的光伏系統設計 能夠建立不同類型的光伏系統，主要包含：光伏路燈、光伏水泵、離網、并網等系統。 1.2完善的地理信息數據 選定某城市后，軟件能自動給出所選城市的經緯度、海拔、當地的氣象數據等。 1.3強大的數據信息管理 預留了自定義更改數據庫權限，可手動更改已知某地區的氣象數據庫內容。 1.4豐富的選型體系結構 提供知名廠商的選型資料庫，自動展示該產品的詳細技術參數。 1.5節能減排環保性能分析 提供詳細的環保效益分析，并給出溫室氣體減排量以及標準煤節約量等。 1.6全面的方案報告分析 根據所填參數，自動生成系統方案報告（支持輸出.doc文檔）。 1.7電站性能分析 根據給定信息計算出光伏電站的發電量與整體收益，并對電站的整體投資價值進行估算。 1.8提供中文版軟件界面，該軟件界面友好、操作簡單、數據結果可信、運行穩定可靠，可作為高校教學或相關研發人員的光伏電站設計與仿真工具，仿真及優化結果與國際主流光伏仿真軟件的差異較小。 |
1個 |
